JPH07113500B2

JPH07113500B2 - 蓄熱槽の水位検知装置

Info

Publication number: JPH07113500B2
Application number: JP1076963A
Authority: JP
Inventors: 凡敏増井; 伸廣楠本
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 1989-03-29
Filing date: 1989-03-29
Publication date: 1995-12-06
Anticipated expiration: 2010-12-06
Also published as: JPH02254275A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、水を製氷して冷熱を蓄えるようにした蓄熱槽
の水位検知装置に係り、特に、製氷運転時における水位
検知精度の向上対策に関する。

（従来の技術）従来より、例えば、特開昭60−96872号公報に開示され
る如く、空気調和装置に蓄冷熱可能な蓄熱媒体たる水を
貯溜する蓄熱槽を配置し、冷媒回路の冷媒との熱交換に
より水を製氷して冷熱を蓄えるようにした場合、製氷運
転時、製氷に伴う水位の上昇を水位センサで検出して、
その水位が所定値以上になったときに製氷が完了したと
判断することにより、蓄冷熱量を適度に調節して、過剰
製氷による装置の破損を防止するようにしたものは公知
の技術である。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、水位センサで水位を検知する場合、蓄熱
槽に水洩れがあると、製氷による体積の膨張に伴う水位
の上昇と水洩れによる水位の低下とが共に生じることが
あり、見掛上水位が上昇しないことになる。

したがって、上記従来のもののように、単に水位の値だ
けで製氷状態を検知しようとすると、水洩れによる誤検
知により過剰製氷を生じる等、装置の破損等の事故を防
止できない虞れがある。

本発明は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目
的は、水位の変化状態を検知し、その結果に対応した状
況判断を行う手段を講ずることにより、蓄熱槽内の異常
を有効に検知し、もって、信頼性の向上を図ることにあ
る。

（課題を解決するための手段）上記目的を達成するため第１の解決手段は、第１図に示
すように、冷媒との熱交換により製氷可能な蓄熱媒体と
しての水（Ｗ）を貯溜する蓄熱槽（９）を前提とする。

そして、蓄熱槽（９）の水位検知装置として、蓄熱槽
（９）内の水位を検出する水位検出手段（Ls）と、該水
位検出手段（Ls）の出力を受け、製氷運転時、水位の上
昇率が所定値以下になったときに異常時と判定する判別
手段（17A）とを設ける構成としたものである。

第２の解決手段は、上記第１の解決手段と同様の蓄熱槽
（９）を前提とし、蓄熱槽（９）内の水位を検出する水位検出手段（Ls）
と、水の温度を検出する水温検出手段（Tho）と、上記
水温検出手段（Tho）で検出される水（Ｗ）の温度が製
氷可能な所定の設定温度よりも低く、かつ一定時間経過
しても上記水位検出手段（Ls）で検出される水位が変化
しないときに異常時と判定する判別手段（17B）とを設
けたものである。

第３の解決手段は、インバータで駆動される圧縮機
（２）を有する冷媒回路（１）からの冷媒の流通が可能
に構成され、蓄熱媒体としての水（Ｗ）を貯溜し、該水
（Ｗ）と冷凍回路（１）の冷媒との熱交換により水
（Ｗ）を製氷するための製氷コイル（10）が配置された
蓄熱槽（９）を前提とする。そして、蓄熱槽（９）の水
位検知装置として、蓄熱槽（９）内の水位を検出する水
位検出手段（Ls）と、上記圧縮機（１）の吸入管に配置
され、製氷運転時、上記製氷コイル（10）における冷媒
の蒸発温度を検出する圧力センサ（Ps）と、上記水位検
出手段（Ls）及び圧力センサ（Ps）の出力を受け、水位
が基準水位以上になるか、上記蒸発温度が一定値を上記
インバータの周波数に基づき補正して得られる所定値以
下になるかのいずれか一方の条件が成立したときに製氷
が完了したと判定する判別手段（17C）とを設ける構成
としたものである。

第４の解決手段は、上記第1,第２又は第３の解決手段に
加えて、判別手段（17）の出力を受け、製氷運転を停止
するための停止信号を出力する信号出力手段（16）を設
けたものである。

（作用）以上の構成により、請求項（１）の発明では、製氷運転
時、水洩れや、水位センサ（Ls）への氷（Ｉ）の付着に
起因して、水位センサ（Ls）で検出される水位の上昇率
が所定値以下になると、判別手段（17A）により、蓄熱
槽（９）内に水洩れ等の異常があるものと判断される。

すなわち、例えば、水洩れ等で水位が低下する原因が生
じた場合には、製氷による体積増加にも拘らず水位の上
昇率がリニアに上昇しないが、その場合、判別手段（17
A）により、水位の上昇率が所定値よりも小さくなった
時点で異常状態と判断されるので、異常状態が確実に検
知され、装置の破損等の事故の防止が図られることにな
る。

請求項（２）の発明では、温度検出手段（Tho）で検出
される水温が製氷可能な設定温度よりも低く、かつ水位
検出手段（Ls）で検出される水位が変化しないときに、
判別手段（17B）により異常と判断されるので、過剰製
氷時における水位検出手段（Ls）の氷によるロックや水
位センサ（Ls）の故障によるロック状態になったときに
も、過剰製氷等の異常が検知される。

請求項（３）の発明では、水洩れ等で水位検出手段（L
s）の検出値が正確な製氷量を示さないような場合、圧
力センサ（Ps）で検出される蒸発温度から製氷の完了時
期が検知される。その場合、圧力センサ（Ps）は温度セ
ンサに比べ温度検知精度が高くかつ圧縮機（１）の運転
容量に基づいて補正された設定値によって製氷の完了時
期を判定するので、水位検出手段（Ls）と同等の精度で
氷の生成量が検知される。したがって、水位検出手段
（Ls）の代用が可能となる。

請求項（４）の発明では、上記請求項（１），（２）又
は（３）の発明に加え、判別手段（17C）の出力に応じ
て、信号出力手段（16）により、製氷運転を停止するた
めの停止信号が出力されるので、種々の異常や製氷の完
了に対応して製氷運転が停止され、各発明の実効が図ら
れることになる。

（実施例）以下、本発明の実施例について、図面に基づき説明す
る。

第１図は本例に係る冷房専用の蓄熱式空気調和装置の全
体構成を示し、（２）は圧縮機、（３）は凝縮器として
機能する室外熱交換器、（４）は該室外熱交換器（３）
で凝縮された冷媒を減圧する第１電子膨張弁、（５）は
蒸発器として機能する室内熱交換器であって、上記各機
器（２）〜（５）は冷媒配管（６）によって冷媒の流通
可能に順次接続され、室外熱交換器（３）で室外空気と
の熱交換により得た熱を室内熱交換器（５）で室内に付
与するようにした主冷媒回路（１）が構成されている。

そして、この主冷媒回路（１）には付属機器として、室
外熱交換器（３）の下流側には冷媒を一時貯留するため
のレシーバ（７）が、圧縮機（２）の上流側には該圧縮
機（２）への吸入ガス中の液冷媒を分離するためのアキ
ュムレータ（８）が夫々介設されている。

そして、この空気調和装置には、蓄熱可能な蓄熱媒体と
しての水（Ｗ）を貯留する蓄熱槽（９）が配置されてい
て、該蓄熱槽（９）内には、冷媒との熱交換により蓄熱
槽（９）内の水（Ｗ）を製氷するための製氷コイル（1
0）が配設されている。該製氷コイル（10）は、上流側
から順に、第１及び第２分岐管（13a），（13b）によ
り、上記主冷媒回路（１）の液管（6a）と冷媒の流通可
能に接続されていて、上記第１分岐管（13a）には、第
１分岐管（13a）の開閉を切換える第１開閉弁（11）が
設けられている。さらに、第１分岐管（13a）の第１開
閉弁（11）と製氷コイル（10）との間から主冷媒回路
（１）のガス管（6b）には第３分岐管（13c）が設けら
れ、該第３分岐管（13c）には、第３分岐管（13a）の開
閉を切換える第２開閉弁（14）が介設されている。

すなわち、上記第１開閉弁（11）及び第２開閉弁（14）
がいずれも閉じているときには冷媒が主冷媒回路（１）
からバイパス不能となる一方、第１開閉弁（11）が閉
じ、かつ第２開閉弁（14）が開いたときには、第２分岐
管（13b），製氷コイル（10）、第３分岐管（13c）を経
て主冷媒回路（１）の液管側（6a）からガス管（6b）側
に冷媒がバイパス可能となり、第１開閉弁（11）が開
き、かつ第２開閉弁（14）が閉じたときには、第１分岐
管（13a）、製氷コイル（10）、第２分岐管（13b）を経
て主冷媒回路（１）の液管（6a）から液管（6a）に冷媒
が一時的にバイパス可能になされている。なお、後述の
ように、上記第1,第２開閉弁（11），（14）が同時に開
くことはない。

そして、主冷媒回路（１）の液管（6a）において、上記
第1,第２分岐管（13a），（13b）との２つの分岐点の間
には、開度を可変に調節される第２電子膨張弁（12）が
設けられていて、該第２電子膨張弁（12）により、冷媒
が主冷媒回路（１）の液管（6a）から第２分岐管（13
b），製氷コイル（10）、第３分岐管（13c）を経てガス
管（6b）にバイパスする製氷運転時には冷媒の減圧を行
う一方、冷媒が液管（6a）を第１分岐管（13a），製氷
コイル（10）、第２分岐管（13b）を経て一時的にバイ
パスする離氷運転時には、液管（6a）を閉じるようにな
されている。

ここで、第２図に示すように、上記蓄熱槽（９）内にお
いて、上記製氷コイル（10）は相互に等距離間隔をもっ
て縦横につまり格子状に配列された多数の伝熱用直管部
（10a）を有しており、蓄熱槽（９）内の水没部の水面
から水没部深さの1/3だけ離れた高さ位置には、水
（Ｗ）の温度Twを検出する水温検出手段としての温度セ
ンサ（Tho）が配置され、さらに、蓄熱槽（９）内の通
常製氷を生じない端部近くの水面付近には、製氷運転時
に水位を検出する水位検出手段としての水位センサ（L
s）が設けられている。

ここで、第３図及び第４図に示すように、上記水位セン
サ（Ls）は、円柱状の基部（20）と、該基部（20）から
垂直下方に延びる円筒状の電極である第１電極（21）
と、該第１電極（21）の内部で第１電極（21）とは同心
位置に配置され、上記基部（20）から第１電極（21）と
対向して下方に延びる棒状電極である第２電極（22）と
で構成されている。なお、（21a）は上記第１電極（2
1）に設けられた空気抜き用の穴である。

すなわち、上記基部（20）に内蔵された制御装置（図示
せず）により、空気と水の誘電率の相違に基づき水位の
変化に応じて変化する上記第1,第２電極（21），（22）
間の静電容量の変化を測定することにより、水位Leを検
知するようになされている。

なお、（Ps）は主冷媒回路（１）の吸入管に配置され、
冷媒の蒸発圧力相当飽和温度を検出する圧力センサ、
（Th1）は上記第１電子膨張弁（４）の上流側の液管（6
a）に配置され、液管温度を検出する液管センサ、（Th
2）は吸入管（6b）に配置され、吸入管温度を検出する
吸入管センサであって、上記各センサは装置全体の運転
を制御するコントローラ（16）に接続されていて、該コ
ントローラ（16）により、上記各センサの信号及び装置
の運転状態に応じて、各弁（４），（11），（12），
（13）の開閉や開度を制御するようになされている。

また、上記コントローラ（16）には、上記温度センサ
（Tho）の出力信号を受けて、蓄熱槽（９）内の蓄熱量
等を演算するCPU（17）が内蔵されていて、該CPU（17）
は、水洩れ等の異常時を判定する判別手段としての機能
を有し、一方、上記コントローラ（16）は、該CPU（1
7）の出力を受けて、製氷運転を停止するための停止信
号を出力する信号出力手段としての機能を有するもので
ある。

次に、上記の如く構成された回路の各運転状態について
説明する。

先ず、蓄熱回収が伴わない通常冷房運転時には、第１お
よび第２開閉弁（11），（14）が閉じ、かつ第２電子膨
張弁（12）が開いた状態で運転が行われ、圧縮機（２）
で圧縮された冷媒が室外熱交換器（３）で凝縮された
後、第１電子膨張弁（４）で減圧されて、室内熱交換器
（５）で蒸発して圧縮機（２）に戻るように循環する。

また、製氷運転時には、第１開閉弁（11）が閉じ、第２
開閉弁（14）が開き、かつ第１電子膨張弁（４）が閉じ
た状態で、第２電子膨張弁（12）の開度を適度に調節し
ながら運転が行われ、圧縮機（２）、室外熱交換器
（３）を経た冷媒が第２電子膨張弁（12）によって減圧
され、製氷コイル（10）で蒸発して、蓄熱槽（９）内の
水（Ｗ）との熱交換により蓄熱槽（９）内の水を製氷し
た後圧縮機（２）に戻るように循環する（第１図実線矢
印参照）。

この製氷運転の後、蓄熱を回収することにより蓄熱槽
（９）内の氷を融解してその冷熱を利用した冷房運転を
行う離氷運転時には、第１開閉弁（11）が開き、第２開
閉弁（14）が閉じ、かつ第２電子膨張弁（12）が全閉の
状態で、第１電子膨張弁（４）の開度を適度に調節しな
がら運転が行われ、室外熱交換器で凝縮された冷媒が第
１分岐管（13a）から製氷コイル（10）に流れて蓄熱槽
（９）内の水（Ｗ）で過冷却された後、室内熱交換器
（５）で蒸発して圧縮機（２）に戻るように循環する
（第１図破線矢印参照）。

ここで、上記製氷運転時、コントローラ（16）により、
異常検知のための制御が行われる。以下、第１実施例に
おける制御内容について、第５図に基づき説明する。

第５図は上記水位センサ（Ls）で検出される水位Leの時
間に対する変化を示し、蓄熱槽（９）内に水洩れ等の異
常がなく、正常に製氷が進行する場合、図中破線に示す
ように製氷の進行に伴う水面の上昇で水位Leはほぼリニ
アに上昇する。そして、正常状態では、水位Leが所定の
基準水位Lo（図示せず）に達したときに、設定された製
氷量が完了したと判断して製氷運転を停止するようにな
されている。

一方、蓄熱槽（９）内に水洩れ等がある場合、水位Leの
上昇と水漏れ等による水位Leの低下とが同時に生じるた
めに、図中実線で示すように、水位の測定を時刻t₁,t₂,
t₃,…,t_N（例えばＮ＝10）について行っていくと水位Le
の上昇率dLe/dtが次第に低下する。そこで、水位Leが基
準水位Loに達しなくても、 dLe/dt＜ｋ（ただし、ｋは正の定数）が成立したときには、水洩れ
等の異常時と判定し、製氷運転を停止して、離氷運転に
移行するようにしている。

したがって、請求項（１）の発明では、空気調和装置の
製氷運転時、水洩れや、水位センサ（Ls）への氷（Ｉ）
の付着に起因して、水位センサ（Ls）で検出される水位
Leの上昇率dLe/dtが所定値ｋ以下になると、判別手段
（17A）により、蓄熱槽（９）内に水洩れ等の異常があ
るものと判断される。

すなわち、例えば、水洩れ等で水位が低下する原因が生
じた場合には、上記第５図に示すように、製氷による体
積増加にも拘らず水位Leの上昇率dLe/dtがリニアに上昇
しない。したがって、従来のように水位Leが基準水位Le
に達したときに製氷が完了したと判断しようとしても、
水洩れ等があると、水位Leが正確な製氷量を示さなくな
る。つまり、過剰製氷による装置の破損等が生じる虞れ
があるが、本発明では、判別手段（17）により、水位Le
の上昇率dLe/dtが所定値ｋよりも小さくなった時点で異
常状態と判断されるので、異常状態が確実に検知され、
その異常検知に対応した処置を講ずることにより、装置
の破損等の事故を防止することができ、よって、信頼性
の向上を図ることができるのである。

次に、請求項（２）の発明に拘る第２実施例について説
明する。

蓄熱槽（９）内の製氷率をIPF（％）で表わし、上記水
位センサ（Ls）で検知される水位Leに対応して算出され
る現在の製氷率をIPF_Nとし、前回のサンプリング時にお
ける製氷率をIPF_N′とすると、水漏れ等がなく、温度セ
ンサ（Tho）で検出される水温Twが製氷可能な所定温度T
o（例えば４℃程度の値）よりも低く正常に製氷が行わ
れているときには、 IPF_N＞IPF_N′ となるはずであるが、水漏れ等の原因で水位Leの低下が
生じると、Tw＜４（℃）で、かつ IPF_N＜IPF_N′ となりうる。

そのとき、水位センサ（Ls）そのものの検出誤差が生じ
ることも考えられるため、 IPF_P＝IPF_N＋２とし、このIPF_Pと次回の製氷率IPF_Nと比較する。

そして、その結果、 IPF_N＜IPF_P となるとき、つまり、「２」だけプラスしたにも拘らず
製氷率IPF_Nの変化がほとんどない場合には、判別手段
（17B）により、検知誤差を考慮しても、何らかの異常
があるものと判定するようになされている。なお、本実
施例においても、水位Leが基準水位Loに達したときに
は、製氷が完了したと判断するようになされている。

前述したように、水位センサ（Ls）は過剰製氷を生じな
い場所に設置されているが、例えば水漏れ等により水位
センサ（Ls）で検出される水位Leが基準水位Loに達せ
ず、製氷がそのまま進行して過剰製氷を生じた場合、第
３図のように、水位センサ（Ls）の円筒内に氷（Ｉ）が
生じて、水位Leがほとんど動かなくなることになる。ま
た、水位センサ（Ls）の故障で検出値がロック状態にな
ったときにも、同様のことが生じる。

したがって、従来のように、水位Leが基準水位Loに達す
るときを製氷の完了時と判断するだけでは、過剰製氷等
による装置破損の虞れが生じるが、上記実施例では、温
度センサ（Tho）で水温Twを検知して、水温Twが製氷可
能な設定温度Toよりも低く、かつ水位Leが変化しないと
きに、判別手段（17B）により異常と判断されるので、
このような過剰製氷等の異常を検知することができ、信
頼性の向上を図ることができる。特に、水の温度Twにつ
いても判断しているので、例えば水温Twが高い間には水
温Twの低下に伴ない水位Leが低下するが、その場合に
も、水温Twが４℃以上では上記のような異常判定をしな
いので、より確実な異常検知を行うことができるのであ
る。

次に、第３実施例について説明する。

本実施例では、第２図に示される上記圧力センサ（Ps）
により、製氷運転時、製氷コイル（10）における冷媒の
蒸発温度を検出するようになされている。

そして、第６図に示すように、製氷運転の進行に伴なう
水温Twの低下に応じて蒸発温度Teも低下するが、蒸発温
度Teは圧縮機（１）の運転容量F_Tによっても変化するこ
とを考慮して、 Te＝Tes （ただし、Tes＝−0.1×F_T−12（℃））になるか、或い
は、水位Leが基準水位Loに達するかしたときに、CPU
（判別手段）（17）により、製氷が完了したと判断する
ようになされている。

したがって、本実施例では、水洩れ等で水位センサ（L
e）の検出値が正確な製氷量を示さないような場合に
も、判別手段（17C）により、圧力センサ（Ps）で検出
される蒸発温度Teから製氷の完了時期が検知されること
になり、過剰製氷による装置の破損を有効に防止するこ
とができる。よって、信頼性の向上を図ることができる
のである。

なお、上記各実施例における判別手段であるCPU（17）
の信号に応じて、コントローラ（16）から製氷運転を停
止する指令信号が出力される。したがって、コントロー
ラ（16）は信号出力手段としての機能を有するものであ
る。

すなわち、判別手段（17）の出力に応じて、コントロー
ラ（信号出力手段）（16）により、製氷運転を停止する
ための停止信号が出力されるので、種々の異常や製氷の
完了に対応して製氷運転を停止することができる。

（発明の効果）以上説明したように、請求項（１）の発明によれば、空
気調和装置等に配置され、冷媒との熱交換により製氷を
行って、冷熱を蓄えるようにした蓄熱槽において、蓄熱
槽内の水位を検出し、製氷運転時、水位の上昇率が所定
値以下になったときに異常と判定するようにしたので、
水洩れ、センサの故障、過剰製氷等による水位の変化が
生じないような異常時を検知することができ、よって、
信頼性の向上を図ることができる。

請求項（２）の発明によれば、蓄熱槽内の水位と水温と
を検出し、水温が製氷可能な設定温度よりも低く、かつ
水位の変化がないときに異常と判定するようにしたの
で、上記請求項（１）の発明の効果をより顕著に発揮す
ることができる。

請求項（３）の発明によれば、製氷運転時、水位センサ
で検出される蓄熱槽内の水位と、圧力センサで検出され
る製氷コイルにおける冷媒の蒸発温度とを検出し、水位
が基準水位以上になるか、蒸発温度が一定値をインバー
タの周波数に基づき補正して得られる所定値以下になる
かしたときに、製氷が完了したと判定するようにしたの
で、水洩れ等により水位の検出値に誤差が生じたときに
も、正確な製氷量の判定をすることができ、よって、過
剰製氷による装置の破損を有効に防止することができ
る。

請求項（４）の発明によれば、上記請求項（１），
（２）又は（３）の発明に加えて、異常時又は製氷完了
時と判定したときには、製氷運転を停止する停止信号を
出力するようにしたので、各発明の実効を図ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図は空気調和装置の
全体構成を示す冷媒配管系統図、第２図は蓄熱槽の内部
を示す縦断面図、第３図は水位センサの構成を示す縦断
面図、第４図は水位センサの下面図、第５図は第１実施
例における異常検知方法を示す説明図、第６図は圧力セ
ンサの検出値の時間変化を示す特性図である。１……冷凍回路９……蓄熱槽 10……製氷コイル 16……コントローラ（信号出力手段） 17……CPU（判別手段） Ls……水位センサ（水位検出手段） Tho……温度センサ（水温検出手段） Ps……圧力センサＷ……水

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】冷媒との熱交換により製氷可能な蓄熱媒体
としての水（Ｗ）を貯溜する蓄熱槽（９）において、蓄熱槽（９）内の水位を検出する水位検出手段（Ls）
と、該水位検出手段（Ls）の出力を受け、製氷運転時、水位
の上昇率が所定値以下になったときに異常時と判定する
判別手段（17A）とを備えたことを特徴とする蓄熱槽の水位検知装置。
【請求項２】冷媒との熱交換による製氷可能な蓄熱媒体
としての水（Ｗ）を貯溜する蓄熱槽（９）において、蓄熱槽（９）内の水位を検出する水位検出手段（Ls）
と、水の温度を検出する水温検出手段（Tho）と、上記水温検出手段（Tho）で検出される水（Ｗ）の温度
が製氷可能な所定の設定温度よりも低く、かつ一定時間
経過しても上記水位検出手段（Ls）で検出される水位が
変化しないときに異常時と判定する判別手段（17B）と
を備えたことを特徴とする蓄熱槽の水位検知装置。
【請求項３】インバータで駆動される圧縮機（２）を有
する冷媒回路（１）からの冷媒の流通が可能に構成さ
れ、蓄熱媒体としての水（Ｗ）を貯溜し、該水（Ｗ）と
冷凍回路（１）の冷媒との熱交換により水（Ｗ）を製氷
するための製氷コイル（10）が配置された蓄熱槽（９）
において、蓄熱槽（９）内の水位を検出する水位検出手段（Ls）
と、上記圧縮機（１）の吸入管に配置され、製氷運転時、上
記製氷コイル（10）における冷媒の蒸発温度を検出する
圧力センサ（Ps）と、上記水位検出手段（Ls）及び圧力センサ（Ps）の出力を
受け、水位が基準水位以上になるか、上記蒸発温度が一
定値を上記インバータの周波数に基づき補正して得られ
る所定値以下になるかのいずれか一方の条件が成立した
ときに製氷が完了したと判定する判別手段（17C）とを備えたことを特徴とする蓄熱槽の水位検知装置。
【請求項４】請求項（１），（２）又は（３）記載の蓄
熱槽の水位検知装置において、上記判別手段（17）の出力を受け、製氷運転を停止する
ための停止信号を出力する信号出力手段（16）をさらに
備えたことを特徴とする蓄熱槽の水位検知装置。